WO2016083350A1 - Schaltgerät mit einem antrieb zum betriebsmässigen schalten und mit einem schnellauslöser zum trennen eines strompfads in dem schaltgerät - Google Patents

Schaltgerät mit einem antrieb zum betriebsmässigen schalten und mit einem schnellauslöser zum trennen eines strompfads in dem schaltgerät Download PDF

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switching
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switching device
quick release
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PCT/EP2015/077462
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Volker Lang
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Eaton Electrical Ip Gmbh & Co. Kg
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Definitions

  • Switching device with a drive for operational switching and with a quick release for disconnecting a current path in the switching device
  • the invention relates to a switching device for switching on and off of a current through a current path, with at least one fixed contact and at least one moving contact, wherein the moving contact for closing and separating the current path relative to the fixed contact is movable with a drive for operationally moving a jumper between a Closed position and an open position, wherein the moving contact in the closed position with the fixed contact closes the current path, and with a quick release for disconnecting the current path in the event of a short circuit or overload.
  • Such switching devices with corresponding, usually electromagnetic drives are used for example in motor starters. These should be suitable for the operational switching of a load, switching off an overload and switching off in the event of a short circuit.
  • two separate switching devices namely a motor protection switch can be used as a circuit breaker and a contactor as a load switch to achieve this functionality.
  • motor starters are known in which the switching and protective function is integrated in a switching device. As a rule, they have a hand-operated, mechanical switch lock.
  • the drive has for this purpose a bipolar electromagnetic drive unit with a movable armature and two stationary magnetic coils for reversible movement of the armature between two permanent magnetically stabilized anchor layers, wherein by selective Excitation of the first magnetic coil, a moving contact is movable into the closed position and by selective energization of the second magnetic coil of the moving contact within a permissible for a short circuit in the current path Maximalabschaltzeit in the open position is movable.
  • Electromagnetic actuators that are used for switching on and off have the disadvantage that they have a comparatively large, moving mass, which is necessary for the switch-on. Due to the inertia, however, such a drive has a correspondingly long turn-off time. The switch-off times that can be achieved in this way may be too long to safely switch off a short circuit.
  • An object of this invention is to provide a switching device for turning on and off a current through a current path with a quick release for disconnecting the current path, with which the switching off of an overload and the switching off of short circuits, regardless of a turn-off time of the drive for operational switching, fast and safe feasible and which allows a compact, space-saving design.
  • the switching device for switching on and off a current through a current path has at least one fixed contact and at least one moving contact, wherein the moving contact for closing and separating the current path relative to the fixed contact is movable.
  • a contact system may have a single contact pair. It is preferably carried out in a double-interrupting manner, wherein two moving contacts are connected in particular via a moving contact carrier in order to be movable relative to two fixed contacts of the current path.
  • the terms moving contact and fixed contact will be used without going into the possibility of an embodiment with a double-break contact system, since this is familiar to the person skilled in the art.
  • a moving contact carrier with two moving contacts is covered by the term moving contact.
  • the switching device further comprises a drive for operationally moving a switching bridge between a closed position and an open position, the moving contact in the closed position with the fixed contact closes the current path, so that the drive is also generally referred to as a drive for operational switching of the switching device.
  • the switching device according to the invention on a quick release for disconnecting the current path in the event of a short circuit or overload.
  • Both the drive for operational switching of the switching device, as well as the drive of the quick release are preferably electromagnetic drives.
  • the moving contact is movably guided along the switching bridge between a first stop and a second stop and is rigidly coupled to an armature of the quick release.
  • An advantage of the switching device is that the moving contact movably guided along the switching bridge can be separated from the fixed contact in the closed position of the switching bridge in the event of a short circuit by the quick release.
  • the lifting of the moving contacts is generally initially caused by the electrodynamic lifting forces and the quick release preferably prevents the moving contacts from falling back and further removes them from the fixed contacts.
  • This exploitation of the known electrodynamic lift-off forces when switching off short-circuit currents is not necessarily described here in connection with the triggering of the quick release.
  • the rigid coupling between the quick release and the moving contact provides, moreover, advantageous for accelerated release of the quick release, as an air gap in the quick release is so already reduced due to the electrodynamic lift.
  • the rigid coupling allows resetting the permanently open after a trip moving contact with a simultaneously advantageously space-saving design and / or arrangement of the quick release and / or the drive for operational switching.
  • the armature of the quick release is biased by means of an impression spring, so that the moving contact through the impression spring is biased in the direction of the first stop of the switching bridge.
  • the impression spring of the armature simultaneously acts as a contact pressure spring of the moving contact. In the closed position of the switching bridge of biased in the direction of the first stop moving contact with the fixed contact closes the current path, so that the impression spring of the armature simultaneously acts as a contact pressure spring of the moving contact.
  • a separate contact pressure spring is thereby advantageously saved.
  • the first lifting of the moving contacts is generally caused by the electrodynamic lifting forces before the quick release prevents the moving contact from falling back and moving it further in the direction of the second stop.
  • a holding device to be provided on the switching bridge in order to hold the moving contact, which is separated by the quick release, against the second stop.
  • the holding device preferably has a permanent magnetic system to keep the moving contact after triggering the quick release with a magnetic force against a spring force of the impression spring on the second stop, wherein an amount of magnetic force is greater than an amount of spring force. Since the moving contact is brought by the quick release in direct contact with the second stop, the magnetic force of the holding device can advantageously act without air gap on the moving contact.
  • the at least one moving contact is arranged on a moving contact carrier made of a magnetically conductive material, in particular attached thereto. Particularly preferably, it is provided that the moving contact carrier made of a clad material with a first layer of a copper material and a second layer of a Iron material exists.
  • resetting of the moving contact takes place after a triggering of the quick release by a switch-off operation of the drive for the operational movement of the switching bridge. This saves a separate mechanism for resetting the quick release after a trip.
  • a counter-stop preferably limits the range of movement of the moving contact in a switch-off of the drive, wherein the moving contact reaches the counter-attack only after a previous triggering of the quick release, so after disconnecting the current path through the quick release.
  • the counter stop does not affect the movement of the moving contact.
  • Particularly preferred forms a core of the quick release with the anchor counter-attack. The movement of the moving contact is thus limited in particular by the fixed contact on the one hand and, after triggering the quick release, by the counter-stop on the other hand to a range of motion.
  • the open position of the switching bridge is achieved due to the counter-attack only after previous release of the moving contact of the holder.
  • a greater resultant force than the holding force of the holding device is necessary.
  • This resulting force is composed of a force of the contact pressure spring and a force of the drive for operationally moving the switching bridge together.
  • the force of the drive to operate the switching bridge is usually provided by an impression spring.
  • Figure 1 is a schematic representation of a switching device according to the invention
  • Figure 2 is a detailed view of a portion of an embodiment of the switching device of Figure 1 in an off state
  • Figures 3A and 3B are detailed views of portions of the embodiment of Figure 2 in an on state
  • Figures 4A and 4B are detailed views of portions of the embodiment of Figure 2 in a separated by the triggered quick release state; a detailed view of a portion of the embodiment of Figure 2 in a state of resetting the quick release.
  • FIG. 1 shows a simplified schematic representation of the switching device according to the invention is shown with an exemplary structure.
  • the switching device for switching on and off of a current through a current path 10 has for this purpose two fixed contacts 1 1, 12 which cooperate with two moving contacts 14, 15 on a moving contact carrier 16 for closing and separating the current path 10.
  • An electromagnetic drive 1 is used for operationally moving a switching bridge 17 between a closed position and an open position, wherein the Bewegromedung 16 is guided by the switching bridge 17, which will be discussed in more detail in connection with the following figures.
  • a quick release 2 for disconnecting the current path 10 in the event of a short circuit or overload is also shown only schematically, the exact structure and the functions will be described below with reference to the other figures.
  • FIG. 2 shows a detailed illustration of a partial region of the switching device in an off state
  • FIGS. 3A and 3B show detailed illustrations of partial regions of the switching device in an on state.
  • the electromagnetic drive 1 for operationally moving a switching bridge 17 is simplistic only a drive armature 1 is shown, which is biased by an unillustrated impression spring in the direction of a position shown in Figure 2 and at a switch-on by a magnetic coil, not shown in the direction of 3A is moved position shown.
  • the construction of a corresponding contactor drive 1 is well known to those skilled in the art.
  • the drive 1 is provided for operationally moving the switching bridge 5 between a closed position and an open position, wherein the switching bridge 17 is shown in Figure 2 in the open position, in which the moving contacts 14, 15 are arranged away from the fixed contacts 11, 12, the Rung 10 is disconnected.
  • the moving contacts 14, 15 are arranged at opposite ends of the moving contact carrier 16, which in turn is movably guided along the switching bridge 17 between a first stop 18 and a second stop 19.
  • With the switching bridge 17 in the open position according to Figure 2 are the moving contacts 14, 15, and the connecting Bewegromedung 16, to the first stop 18 of the switching bridge 17, thereby closing the current path 10 is prevented.
  • the moving contacts 14, 15 are biased by a contact pressure spring 5 against the first stop 18, which will be discussed in more detail later in connection with the description of the quick release 2.
  • the quick release 2 is arranged opposite the drive 1 for operational switching, so that the current path 10 runs between the drive 1 and the quick release 2.
  • the quick release 2 for disconnecting the current path 10 in the event of a short circuit or overload has a core 9, a yoke 3, an armature 4 and a magnet coil 7.
  • the armature 4 is connected via a rigid coupling 8 with the moving contacts 14, 15 on the moving contact carrier 16. This makes it possible for the quick release 2 to disconnect the current path 10, while the switching bridge 17 is in the closed position according to FIG. 3A.
  • the spring force is applied via the armature and the rigid connection 8 transmitted to the Beweg. réelle 16 with the Beweg.en 14, 15.
  • FIG. 3B the switching bridge 17 is shown enlarged in the closed position according to FIG. 3A.
  • the moving contact carrier 16 is guided between the first stop 18 and the second stop 19 along the switching bridge 17.
  • a holding device 20 is provided to hold the separated by the quick release 2 moving contacts 14, 15 to the second stop 19.
  • the triggering of the quick release 2 will be further explained below with reference to FIGS. 4A and 4B.
  • a current flowing through the magnetic coil 7 tripping causes the triggering of the quick release 2, so that the armature 4 is attracted and the moving contacts 14, 15 are moved on the moving contact carrier 16 of the fixed contacts 11, 12 via the rigid connection 8.
  • the switching bridge 17 is still in the closed position, the However rung 10 is disconnected by the triggered quick release 2.
  • the actual loosening of the moving contacts 14, 15 takes place as a rule by the action of electrodynamic lifting forces, before the quick release 2, the moving contacts 14, 15 away from the fixed contacts 11, 12 away, to avoid reignition of the switching arc or welding of the contacts.
  • the moving contacts 14, 15 on the BewegCountley 16 are after triggering on the second stop 19 of the switching bridge 17, as can be seen in particular in the enlarged view of Figure 4B.
  • the excitation current decreases through the magnetic coil 7, so that the impression spring 5 of the armature. 4 the moving contacts 14, 15 could move back in the direction of the fixed contacts 11, 12.
  • the holding device 20 is provided on the second stop 19 of the switching bridge 17, which prevents a loosening of the moving contacts 14, 15 with the Beweg.dozens 16 of the stop 19.
  • the moving contact carrier 16 is in particular made of a magnetically conductive material, preferably of a plated material with a first layer 22 of a copper material and a second layer 23 of a ferrous material.
  • the triggered quick release 2 can be particularly easy to reset to its initial state by the drive 1, the switching bridge 17 moves from the closed position to the open position.
  • the reset operation of the quick release 2, which is shown in Figure 5, thus takes place advantageously by a switch-off, as has been previously described in connection with Figures 2, 3A and 3B.
  • the moving contacts 14, 15 on the moving contact carrier 16 must be released from the second stop 19 with the holding device 20.
  • the movement of the moving contacts 14, 15 is limited to the BewegWalletées 16 in the direction of the open position of the switching bridge 17 by a counter-stop 6, which is arranged so that the open position of the switching bridge 17 is not yet reached.
  • the counter-stop 6 causes a release of the Beweg.dozenss 16 of the second stop 19, so that the switching bridge 17 can reach the open position again.
  • the effect of the counter-stop 6 is given only after triggering the quick release 2, since the Beweg. relies only in this case by the holding device 20 to the second stop 19.
  • the position of the switching bridge 17 is shown, in which the moving contacts 14, 15 have reached their defined by the stop 6 end position.
  • the stop 6 is realized in the illustrated embodiment in the form of a core 9 of the quick release 2, to which the armature 4 abuts.
  • the stop 6 can also be realized in other ways, for example by a separate stop outside the switching bridge 17 against which the moving contact carrier 16 is moved.
  • the switching bridge 17 has not yet reached its open position (see FIG. 2) in the position shown in FIG.

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Abstract

Schaltgerät zum Ein- und Ausschalten eines Stroms durch einen Strompfad, mit mindestens einem Festkontakt (11, 12) und mindestens einem Bewegkontakt (14, 15), wobei der Bewegkontakt zum Schließen und Trennen des Strompfades (10) gegenüber dem Festkontakt bewegbar ist, mit einem Antrieb (1) zum betriebsmäßigen Bewegen einer Schaltbrücke (17) zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung, wobei der Bewegkontakt (14, 15) in der Schließstellung mit dem Festkontakt den Strompfad schließt, und mit einem Schnellauslöser (2) zum Trennen des Strompfads bei einem Kurzschluss oder bei einer Überlast, bei dem der Anker (4) des Schnellauslösers (2) mit dem Bewegkontakt (14, 15) starr gekoppelt ist.

Description

Schaltgerät mit einem Antrieb zum betriebsmäßigen Schalten und mit einem Schnellauslöser zum Trennen eines Strompfads in dem Schaltgerät
Die Erfindung betrifft ein Schaltgerät zum Ein- und Ausschalten eines Stroms durch einen Strompfad, mit mindestens einem Festkontakt und mindestens einem Bewegkontakt, wobei der Bewegkontakt zum Schließen und Trennen des Strompfades gegenüber dem Festkontakt bewegbar ist, mit einem Antrieb zum betriebsmäßigen Bewegen einer Schaltbrücke zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung, wobei der Bewegkontakt in der Schließstellung mit dem Festkontakt den Strompfad schließt, und mit einem Schnellauslöser zum Trennen des Strompfads bei einem Kurzschluss oder bei einer Überlast.
Derartige Schaltgeräte mit entsprechenden, in der Regel elektromagnetischen Antrieben werden beispielsweise bei Motorstartern verwendet. Diese sollen für das betriebsmäßige Schalten einer Last, das Abschalten einer Überlast und das Abschalten im Kurzschlussfall geeignet sein. Grundsätzlich können zur Erzielung dieser Funktionalität auch zwei getrennte Schaltgeräte, nämlich ein Motorschutzschalter als Leistungsschalter und ein Schütz als Lastschalter eingesetzt werden. Als Alternative sind Motorstarter bekannt, bei denen die Schalt- und Schutzfunktion in einem Schaltgerät integriert ist. In der Regel weisen diese dazu ein handbetätigtes, mechanisches Schaltschloss auf. In der Druckschrift WO 2014/023326 AI ist ein Schaltgerät bzw. ein Antrieb für ein Schaltgerät für einen kompakten und fernbetätigbaren Motorstarter beschrieben, mit dem das betriebsmäßige Schalten der Last, das Abschalten der Überlast und das Abschalten von Kurzschlüssen mit nur einem Gerät realisiert werden soll. Die Problematik beim Abschalten von Kurzschlüssen besteht in der Notwendigkeit, die geschlossenen Kontakte sehr schnell und dauerhaft zu öffnen, so dass ein sicheres Löschen des Lichtbogens gewährleistet wird, sowie ein Wiederzünden des Lichtbogens und ein Verschweißen der Kontakte vermieden werden. Der Antrieb weist dazu eine bipolare elektromagnetische Antriebseinheit mit einem beweglichen Anker und zwei ortsfesten Magnetspulen zur reversiblen Bewegung des Ankers zwischen zwei permanentmagnetisch stabilisierten Ankerlagen auf, wobei durch selektive Erregung der ersten Magnetspule ein Bewegkontakt in die Schließstellung bewegbar ist und durch selektive Erregung der zweiten Magnetspule der Bewegkontakt innerhalb einer für einen Kurzschluss im Strompfad zulässigen Maximalabschaltzeit in die Öffnungsstellung bewegbar ist.
Elektromagnetische Antriebe, die für das Ein- und für das Ausschalten verwendet werden, haben den Nachteil, dass diese eine vergleichsweise große, bewegte Masse besitzen, die für den Einschaltvorgang notwendig ist. Aufgrund der Trägheit weist ein solcher Antrieb jedoch eine entsprechend lange Ausschaltzeit auf. Die so erreichbaren Ausschaltzeiten können gegebenenfalls zu lang sein, um einen Kurzschluss sicher abzuschalten.
Eine Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, ein Schaltgerät zum Ein- und Ausschalten eines Stroms durch einen Strompfad mit einem Schnellauslöser zum Trennen des Strompfads zur Verfügung zu stellen, mit dem das Abschalten einer Überlast und das Abschalten von Kurzschlüssen, unabhängig von einer Ausschaltzeit des Antriebs zum betriebsmäßigen Schalten, schnell und sicher durchführbar ist und welches einen kompakten, raumsparenden Aufbau ermöglicht.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Hauptanspruchs gelöst. In den Unteransprüchen sind bevorzugte Ausführungsformen und vorteilhafte Weiterbildungen angegeben.
Das erfindungsgemäße Schaltgerät zum Ein- und Ausschalten eines Stroms durch einen Strompfad weist mindestens einem Festkontakt und mindestens einen Bewegkontakt auf, wobei der Bewegkontakt zum Schließen und Trennen des Strompfades gegenüber dem Festkontakt bewegbar ist. Ein solches Kontaktsystem kann ein einzelnes Kontaktpaar aufweisen. Bevorzugt ist es doppeltunterbrechend ausgeführt, wobei zwei Bewegkontakte insbesondere über einen Bewegkontaktträger verbunden sind, um gegenüber zwei Festkontakten der Strombahn bewegbar zu sein. Im Folgenden werden die Bezeichnungen Bewegkontakt und Festkontakt verwendet, ohne jeweils auf die Möglichkeit einer Ausführungsform mit doppeltunterbrechendem Kontaktsystem einzugehen, da diese dem Fachmann geläufig ist. Insofern ist ein Bewegkontaktträger mit zwei Bewegkontakten durch den Begriff Bewegkontakt mit abgedeckt. Das erfindungsgemäße Schaltgerät weist weiterhin einen Antrieb zum betriebsmäßigen Bewegen einer Schaltbrücke zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung auf, wobei der Bewegkontakt in der Schließstellung mit dem Festkontakt den Strompfad schließt, so dass der Antrieb auch allgemeiner als Antrieb zum betriebsmäßigen Schalten des Schaltgeräts bezeichnet wird.
Weiterhin weist das erfindungsgemäße Schaltgerät einen Schnellauslöser zum Trennen des Strompfads bei einem Kurzschluss oder bei einer Überlast auf. Sowohl der Antrieb zum betriebsmäßigen Schalten des Schaltgeräts, als auch der Antrieb des Schnellauslösers sind bevorzugt elektromagnetische Antriebe.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Bewegkontakt entlang der Schaltbrücke zwischen einem ersten Anschlag und einem zweiten Anschlag bewegbar geführt und mit einem Anker des Schnellauslösers starr gekoppelt ist.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Schaltgeräts besteht darin, dass der entlang der Schaltbrücke bewegbar geführte Bewegkontakt in der Schließstellung der Schaltbrücke im Fall eines Kurzschlusses durch den Schnellauslöser von dem Festkontakt getrennt werden kann. Der Fachmann weiß, dass im Kurzschlussfall das Anheben der Bewegkontakte in der Regel zunächst durch die elektrodynamischen Abhebekräfte verursacht wird und dass der Schnellauslöser vorzugsweise ein Zurückfallen der Bewegkontakte verhindert und diese weiter von den Festkontakten entfernt. Diese Ausnutzung der bekannten elektrodynamischen Abhebekräfte beim Abschalten von Kurzschlussströmen wird hier im Zusammenhang mit dem Auslösen des Schnellauslösers nicht notwendigerweise mit beschrieben. Die starre Kopplung zwischen dem Schnellauslöser und dem Bewegkontakt sorgt, weiterhin vorteilhaft, für eine beschleunigte Auslösung des Schnellauslösers, da ein Luftspalt in dem Schnellauslöser so bereits aufgrund der elektrodynamischen Abhebung verringert wird. Weiterhin erlaubt die starre Kopplung ein Zurücksetzen des nach einer Auslösung dauerhaft geöffneten Bewegkontakts bei einer gleichzeitig vorteilhaft raumsparenden Ausführung und/oder Anordnung des Schnellauslösers und/oder des Antriebs zum betriebsmäßigen Schalten.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Anker des Schnellauslösers mittels einer Abdruckfeder vorgespannt ist, so dass der Bewegkontakt durch die Abdruckfeder in Richtung des ersten Anschlags der Schaltbrücke vorgespannt ist. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Abdruckfeder des Ankers gleichzeitig als Kontaktdruckfeder des Bewegkontakts wirkt. In der Schließ Stellung der Schaltbrücke schließt der in Richtung des ersten Anschlags vorgespannte Bewegkontakt mit dem Festkontakt den Strompfad, so dass die Abdruckfeder des Ankers gleichzeitig als Kontaktdruckfeder des Bewegkontakts wirkt. Eine separate Kontaktdruckfeder wird dadurch vorteilhaft eingespart.
In der Schließstellung der Schaltbrücke wird, weiterhin bevorzugt, der in Richtung des ersten Anschlags vorgespannte Bewegkontakt bei einem Kurzschluss oder bei einer Überlast durch den Schnellauslöser gegen den dem ersten Anschlag entgegengesetzt an der Kontaktbrücke angeordneten, zweiten Anschlag bewegt, so dass der Strompfad getrennt ist. Bei einem Kurzschluss wird das erste Abheben der Bewegkontakte in der Regel durch die elektrodynamischen Abhebekräfte verursacht, bevor der Schnellauslöser ein zurückfallen des Bewegkontakts verhindert und diesen weiter in Richtung des zweiten Anschlags bewegt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Haltevorrichtung an der Schaltbrücke vorgesehen ist, um den durch den Schnellauslöser getrennten Bewegkontakt an dem zweiten Anschlag zu halten. Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass auch bei einer Reduzierung des Erregerstroms des Schnellauslösers aufgrund des Löschvorgangs, der Strompfad getrennt bleibt. Ein Zurückfallen des Bewegkontakts, ein Rückzünden des Lichtbogens oder gar ein Verschweißen des Bewegkontakts mit dem Festkontakt kann so vorteilhaft vermieden werden.
Die Haltevorrichtung weist vorzugsweise ein permanentmagnetisches System auf, um den Bewegkontakt nach einem Auslösen des Schnellauslösers mit einer Magnetkraft entgegen einer Federkraft der Abdruckfeder weiter an dem zweiten Anschlag zu halten, wobei ein Betrag der Magnetkraft größer ist als ein Betrag der Federkraft. Da der Bewegkontakt durch den Schnellauslöser in direkten Kontakt mit dem zweiten Anschlag gebracht wird, kann die Magnetkraft der Haltevorrichtung vorteilhaft ohne Luftspalt auf den Bewegkontakt wirken. Bevorzugt ist der mindestens eine Bewegkontakt dazu an einem Bewegkontaktträger aus einem magnetisch leitenden Material angeordnet, insbesondere daran befestigt. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der Bewegkontaktträger aus einem plattierten Material mit einer ersten Schicht aus einem Kupferwerkstoff und einer zweiten Schicht aus einem Eisenwerkstoff besteht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein Rücksetzen des Bewegkontakts nach einem Auslösen des Schnellauslösers durch einen Ausschaltvorgang des Antriebs zum betriebsmäßigen Bewegen der Schaltbrücke erfolgt. Dadurch wird eine separate Mechanik zum Zurücksetzen des Schnellauslösers nach einem Auslösen eingespart.
Dazu begrenzt bevorzugt ein Gegenanschlag den Bewegungsbereich des Bewegkontakts bei einem Ausschaltvorgang des Antriebs, wobei der Bewegkontakt den Gegenanschlag nur nach einem vorhergehenden Auslösen des Schnellauslösers, also nach einem Trennen des Strompfads durch den Schnellauslöser erreicht. Im normalen Betrieb, ohne Auslösen des Schnellauslösers durch einen Kurzschluss oder eine Überlast, beeinflusst der Gegenanschlag die Bewegung des Bewegkontakts nicht. Besonders bevorzugt bildet ein Kern des Schnellauslösers mit dem Anker den Gegenanschlag. Die Bewegung des Bewegkontakts ist somit insbesondere durch den Festkontakt einerseits und, nach einer Auslösung des Schnellauslösers, durch den Gegenanschlag andererseits auf einen Bewegungsbereich begrenzt. Nach einer Auslösung des Schnellauslösers wird die Öffnungsstellung der Schaltbrücke aufgrund des Gegenanschlags nur nach vorhergehendem Lösen des Bewegkontakts von der Haltevorrichtung erreicht. Dazu ist eine größere resultierende Kraft, als die Haltekraft der Haltevorrichtung notwendig. Diese resultierende Kraft setzt sich aus einer Kraft der Kontaktdruckfeder und einer Kraft des Antriebs zum betriebsmäßigen Bewegen der Schaltbrücke zusammen. Die Kraft des Antriebs zum betriebsmäßigen Bewegen der Schaltbrücke wird in der Regel durch eine Abdruckfeder bereitgestellt. Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Ausführungen sind lediglich beispielhaft und schränken den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht ein.
Es zeigen
Figur 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Schaltgeräts; Figur 2 eine detaillierte Darstellung eines Teilbereichs einer Ausführungsform des Schaltgeräts nach Figur 1 in einem ausgeschalteten Zustand;
Figuren 3A und 3B detaillierte Darstellungen von Teilbereichen der Ausführungsform gemäß Figur 2 in einem eingeschalteten Zustand;
Figuren 4A und 4B detaillierte Darstellungen von Teilbereichen der Ausführungsform gemäß Figur 2 in einem durch den ausgelösten Schnellauslöser getrennten Zustand; eine detaillierte Darstellung eines Teilbereichs der Ausführungsform nach Figur 2 in einem Zustand des Zurücksetzens des Schnellauslösers.
In der Figur 1 ist eine vereinfachte schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Schaltgeräts mit einem beispielhaften Aufbau dargestellt. Das Schaltgerät zum Ein- und Ausschalten eines Stroms durch einen Strompfad 10 weist dazu zwei Festkontakte 1 1, 12 auf, welche mit zwei Bewegkontakten 14, 15 an einem Bewegkontaktträger 16 zum Schließen und Trennen des Strompfads 10 zusammenwirken. Ein elektromagnetischer Antrieb 1 dient zum betriebsmäßigen Bewegen einer Schaltbrücke 17 zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung, wobei der Bewegkontaktträger 16 durch die Schaltbrücke 17 geführt ist, worauf im Zusammenhang mit den folgenden Figuren noch näher eingegangen wird. Ein Schnellauslöser 2 zum Trennen des Strompfads 10 bei einem Kurzschluss oder bei einer Überlast ist ebenfalls nur schematisch dargestellt, der genaue Aufbau und die Funktionen werden nachfolgend mit Bezug auf die weiteren Figuren näher beschrieben. Das Abschalten von Kurzschlüssen erfordert ein sehr schnelles und dauerhaftes Trennen der Bewegkontakte 14, 15 von den Festkontakten 11 , 12. Bei Kurzschlussströmen erfolgt die Ausschaltung durch den Schnellauslöser 2, wobei ein erstes Anheben der Bewegkontakte 14, 15 durch elektrodynamische Abhebekräfte hervorgerufen wird. Durch das Trennen der Bewegkontakte 14, 15 von den Festkontakten 11, 12 entstehen Lichtbögen, welche jeweils in Löschsysteme 21 geleitet werden.
Der Aufbau eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Schaltgeräts wird nachfolgend mit Bezug auf die Figuren 2, 3A und 3B näher erläutert. Die Figur 2 zeigt eine detaillierte Darstellung eines Teilbereichs des Schaltgerät in einem ausgeschalteten Zustand, und die Figuren 3A und 3B zeigen detaillierte Darstellungen von Teilbereichen des Schaltgeräts in einem eingeschalteten Zustand. Von dem elektromagnetischer Antrieb 1 zum betriebsmäßigen Bewegen einer Schaltbrücke 17 ist vereinfachend lediglich ein Antriebsanker 1 dargestellt, der durch eine nicht dargestellte Abdruckfeder in Richtung einer in der Figur 2 dargestellten Stellung vorgespannt ist und bei einem Einschaltvorgang durch eine nicht dargestellte Magnetspule in Richtung einer in der Figur 3A dargestellten Stellung bewegt wird. Der Aufbau eines entsprechenden Schützantriebs 1 ist dem Fachmann hinlänglich bekannt.
Der Antrieb 1 ist zum betriebsmäßigen Bewegen der Schaltbrücke 5 zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung vorgesehen, wobei die Schaltbrücke 17 in der Figur 2 in der Öffnungsstellung dargestellt ist, in welcher die Bewegkontakte 14, 15 von den Festkontakten 11, 12 entfernt angeordnet sind, der Strompfad 10 also getrennt ist. Die Bewegkontakte 14, 15 sind an gegenüberliegenden Enden des Bewegkontaktträgers 16 angeordnet, welcher wiederum entlang der Schaltbrücke 17 zwischen einem ersten Anschlag 18 und einem zweiten Anschlag 19 bewegbar geführt ist. Mit der Schaltbrücke 17 in der Öffnungsstellung gemäß Figur 2 liegen die Bewegkontakte 14, 15, bzw. der verbindende Bewegkontaktträger 16, an dem ersten Anschlag 18 der Schaltbrücke 17 an, wodurch ein Schließen des Strompfads 10 verhindert wird. Die Bewegkontakte 14, 15 sind durch eine Kontaktdruckfeder 5 gegen den ersten Anschlag 18 vorgespannt, worauf später im Zusammenhang mit der Beschreibung des Schnellauslösers 2 noch näher eingegangen wird. Bei einem Einschaltvorgang wird der elektromagnetische Antrieb 1 aktiviert und bewegt die Schaltbrücke 17 in ihre Schließposition, die in der Figur 3A dargestellt ist. Die Bewegung der Schaltbrücke 17 bewirkt ein Kontaktieren der Bewegkontakte 14, 15 mit den Festkontakten 11, 12, so dass der Strompfad 10 geschlossen wird. Der durch die Kontaktdruckfeder 5 vorgespannte Bewegkontaktträger 16 liegt nicht mehr an dem ersten Anschlag 18 der Schaltbrücke 17 an. Ein betriebsmäßiger Ausschaltvorgang erfolgt dementsprechend, indem der Antrieb 1 deaktiviert wird, so dass die nicht dargestellte Abdruckfeder des Antriebs 1 die Schaltbrücke 17 wieder zurück in die Öffnungsstellung bewegt. Der erste Anschlag 18 der Schaltbrücke 17 nimmt dabei die an dem Bewegkontaktträger 16 angeordneten Bewegkontakte 14, 15 mit und trennt diese dadurch von den Festkontakten 11, 12. Die entstehenden Lichtbögen werden, wie im Zusammenhang mit Figur 1 beschrieben, in entsprechende Löschsysteme 21 geführt.
Der Schnellauslöser 2 ist dem Antrieb 1 zum betriebsmäßigen Schalten gegenüberliegend angeordnet, so dass der Strompfad 10 zwischen dem Antrieb 1 und dem Schnellauslöser 2 verläuft. Dadurch lässt sich eine besonders kompakte Bauweise des Schaltgeräts realisieren. Der Schnellauslöser 2 zum Trennen des Strompfads 10 bei einem Kurzschluss oder einer Überlast weist einen Kern 9, ein Joch 3, einen Anker 4 und einer Magnetspule 7 auf. Der Anker 4 ist über eine starre Kopplung 8 mit den Bewegkontakten 14, 15 an dem Bewegkontaktträger 16 verbunden. Dadurch ist es möglich, dass der Schnellauslöser 2 den Strompfad 10 trennt, während die Schaltbrücke 17 in der Schließstellung gemäß Figur 3A steht. Die Kontaktdruckfeder 5, welche die Bewegkontakte 14, 15 gegen den ersten Anschlag 18 der Schaltbrücke 17, bzw. gegen die Festkontakte 11, 12 vorspannt, stellt gleichzeitig die Abdruckfeder 5 für den Anker 4 des Schnellauslösers 2 dar. Die Federkraft wird über den Anker 4 und die starre Verbindung 8 auf den Bewegkontaktträger 16 mit den Bewegkontakten 14, 15 übertragen.
In der Figur 3B ist die Schaltbrücke 17 in der Schließstellung gemäß Figur 3A vergrößert dargestellt. Hier ist erkennbar, dass der Bewegkontaktträger 16 zwischen dem ersten Anschlag 18 und dem zweiten Anschlag 19 entlang der Schaltbrücke 17 geführt ist. Bei geschlossenem Strompfad 10 wird die Bewegung des Bewegkontaktträgers 16 in Richtung der Schließ Stellung durch die an den Festkontakten 11, 12 anliegenden Bewegkontakte 14, 15 begrenzt, während der erste Anschlag 18 von dem Antrieb 1 weiter bewegt wird, so dass ein Spalt zwischen dem ersten Anschlag 18 an der Schaltbrücke 17 und dem Bewegkontaktträger 16 entsteht.
An dem zweiten Anschlag 19 ist eine Haltevorrichtung 20 vorgesehen, um die durch den Schnellauslöser 2 getrennten Bewegkontakte 14, 15 an dem zweiten Anschlag 19 zu halten. Das Auslösen des Schnellauslösers 2 wird nachfolgend mit Bezug auf die Figuren 4A und 4B weiter erläutert. Ein durch die Magnetspule 7 fließender Auslösestrom bewirkt das Auslösen des Schnellauslösers 2, so dass der Anker 4 angezogen wird und über die starre Verbindung 8 die Bewegkontakte 14, 15 an dem Bewegkontaktträger 16 von den Festkontakten 11, 12 fort bewegt werden. Die Schaltbrücke 17 befindet sich dabei weiterhin in der Schließstellung, der Strompfad 10 ist jedoch durch den ausgelösten Schnellauslöser 2 getrennt. Das bedeutet, dass die Bewegkontakte 14, 15 nicht mehr in Kontakt mit den Festkontakten 11, 12 sind, da diese an dem Bewegkontaktträger 16 über die starre Verbindung 8 von dem Anker 4 getrennt worden sind. Das eigentliche Lösen der Bewegkontakte 14, 15 erfolgt dabei in der Regel durch die Einwirkung elektrodynamischer Abhebekräfte, bevor der Schnellauslöser 2 die Bewegkontakte 14, 15 von den Festkontakten 11, 12 weg bewegt, um ein Rückzünden des Schaltlichtbogens oder eine Verschweißen der Kontakte zu vermeiden.
Die Bewegkontakte 14, 15 an dem Bewegkontaktträger 16 liegen nach dem Auslösen an dem zweiten Anschlag 19 der Schaltbrücke 17 an, wie insbesondere in der vergrößerten Darstellung gemäß Figur 4B erkennbar ist. Durch das Trennen der Strombahn 10 und das Ableiten der entstandenen Lichtbögen zwischen den Bewegkontakten 14, 15 und den Festkontakten 11, 12 in entsprechende Löschsysteme 21 (siehe Figur 1) sinkt der Erregerstrom durch die Magnetspule 7 ab, so dass die Abdruckfeder 5 des Ankers 4 die Bewegkontakte 14, 15 wieder zurück in Richtung der Festkontakte 11, 12 bewegen könnte. Um dieses sicher zu verhindern, ist in den dargestellten Ausführungsbeispielen die Haltevorrichtung 20 an dem zweiten Anschlag 19 der Schaltbrücke 17 vorgesehen, welche ein Lösen der Bewegkontakte 14, 15 mit dem Bewegkontaktträger 16 von dem Anschlag 19 verhindert. Als Haltevorrichtung 20 dient in der dargestellten Ausführungsform ein Permanentmagnetsystem, dessen Magnetkraft ausreicht, den an dem Anschlag 19 anliegenden Bewegkontaktträger 16 gegen den Druck der Abdruckfeder 5 zu halten. Dadurch ist ein sicheres Abschalten von Kurzschlussströmen gewährleistet und ein Rückzünden des Schaltlichtbogens oder ein Verschweißen der Kontakte wird vermieden. Der Bewegkontaktträger 16 ist insbesondere aus einem magnetisch leitenden Material hergestellt, vorzugsweise aus einem plattierten Material mit einer ersten Schicht 22 aus einem Kupferwerkstoff und einer zweiten Schicht 23 aus einem Eisenwerkstoff.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Schaltgeräts besteht darin, dass der ausgelöste Schnellauslöser 2 sich besonders einfach in seinen Ausgangszustand zurücksetzen lässt, indem der Antrieb 1 die Schaltbrücke 17 von der Schließstellung in die Öffnungsstellung bewegt. Der Rücksetzvorgang des Schnellauslösers 2, der in Figur 5 dargestellt ist, erfolgt also vorteilhaft durch einen Ausschaltvorgang, wie er zuvor im Zusammenhang mit den Figuren 2, 3A und 3B beschrieben worden ist. Zum Rücksetzen des Schnellauslösers 2 müssen die Bewegkontakte 14, 15 an dem Bewegkontaktträger 16 von dem zweiten Anschlag 19 mit der Haltevorrichtung 20 gelöst werden. Dazu ist die Bewegung der Bewegkontakte 14, 15 an dem Bewegkontaktträger 16 in Richtung auf die Öffnungsstellung der Schaltbrücke 17 durch einen Gegenanschlag 6 begrenzt, welcher so angeordnet ist, dass die Öffnungsstellung der Schaltbrücke 17 noch nicht erreicht wird. Der Gegenanschlag 6 bewirkt ein Lösen des Bewegkontaktträgers 16 von dem zweiten Anschlag 19, so dass die Schaltbrücke 17 die Öffnungsstellung wieder erreichen kann. Die Wirkung des Gegenanschlags 6 ist nur nach einem Auslösen des Schnellauslösers 2 gegeben, da der Bewegkontaktträger nur in diesem Fall von der Haltevorrichtung 20 an dem zweiten Anschlag 19 gehalten wird.
In der Figur 5 ist genau die Stellung der Schaltbrücke 17 gezeigt, in der die Bewegkontakte 14, 15 ihre durch den Anschlag 6 definierte Endposition erreicht haben. Der Anschlag 6 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in Form eines Kerns 9 des Schnellauslösers 2 realisiert, auf den der Anker 4 stößt. Der Anschlag 6 kann jedoch auch in anderer Weise realisiert werden, beispielsweise durch einen separaten Anschlag außerhalb der Schaltbrücke 17, gegen den der Bewegkontaktträger 16 bewegt wird. Die Schaltbrücke 17 hat in der in Figur 5 dargestellten Position ihre Öffnungsstellung (vgl. Figur 2) noch nicht erreicht, so dass der Antrieb 1 die Schaltbrücke 17 noch weiter in die Öffnungsstellung bewegt, wodurch die Bewegkontakte 14, 15 an dem Bewegkontaktträger 16 über die starre Verbindung 8 und den Anker 4 von dem zweiten Anschlag 19 mit der Haltevorrichtung 20 getrennt werden, da die zusätzliche Kraft durch den Antrieb 1 zusammen mit der Kraft der Abdruckfeder 5 die Magnetkraft der Haltevorrichtung 20 übersteigt. Danach erreicht das Schaltgerät wieder die in der Figur 1 dargestellte Stellung mit der Schaltbrücke 17 in der Öffnungsstellung und den Bewegkontakten 14, 15, welche durch die Kontaktdruckfeder 5 gegen den ersten Anschlag 18 der Schaltbrücke 17 vorgespannt sind. Das Schaltgerät ist somit für einen weiteren Einschaltvorgang bereit. Bezugszeichenliste
1 Antrieb zum betriebsmäßigen Schalten des Schaltgeräts
2 Schnellauslöser
3 Joch des Schnellauslösers
4 Anker
5 Abdruckfeder und Kontaktdruckfeder
6 Gegenanschlag
7 Magnetspule
8 Starre Kopplung
9 Kern des Schnellauslösers
10 Strompfad
11 Festkontakt
12 Festkontakt
14 Bewegkontakt
15 Bewegkontakt
16 Bewegkontaktträger
17 Schaltbrücke
18 Erster Anschlag
19 Zweiter Anschlag
20 Haltevorrichtung
21 Löschsystem für Lichtbogen
22 Erste Schicht
23 Zweite Schicht

Claims

Ansprüche
1. Schaltgerät zum Ein- und Ausschalten eines Stroms durch einen Strompfad, mit mindestens einem Festkontakt (11, 12) und mindestens einen Bewegkontakt (14, 15), wobei der Bewegkontakt zum Schließen und Trennen des Strompfades (10) gegenüber dem Festkontakt bewegbar ist, mit einem Antrieb (1) zum betriebsmäßigen Bewegen einer Schaltbrücke (17) zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung, wobei der Bewegkontakt in der Schließstellung mit dem Festkontakt den Strompfad schließt, und mit einem Schnellauslöser (2) zum Trennen des Strompfads bei einem Kurzschluss oder bei einer Überlast, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegkontakt
(14, 15) entlang der Schaltbrücke (17) zwischen einem ersten Anschlag (18) und einem zweiten Anschlag (19) bewegbar geführt und mit einem Anker (4) des Schnellauslösers (3) starr gekoppelt ist.
2. Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (4) mittels einer
Abdruckfeder (5) vorgespannt ist, so dass der Bewegkontakt (14, 15) durch die Abdruckfeder (5) in Richtung des ersten Anschlags (18) der Schaltbrücke (17) vorgespannt ist.
3. Schaltgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdruckfeder (5) des
Ankers (4) als Kontaktdruckfeder des Bewegkontakts (14, 15) wirkt.
4. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Schließstellung der Schaltbrücke (17) der in Richtung des ersten Anschlags vorge- spannte Bewegkontakt (14, 15) bei einem Kurzschluss oder bei einer Überlast durch den Schnellauslöser (2) gegen den dem ersten Anschlag (18) entgegengesetzt an der Schaltbrücke angeordneten, zweiten Anschlag (19) bewegt wird, so dass der Strompfad (10) getrennt ist.
5. Schaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Haltevorrichtung (20) an der Schaltbrücke (17) vorgesehen ist, um den durch den Schnellauslöser (2) getrennten Bewegkontakt (14, 15) an dem zweiten Anschlag (19) zu halten.
6. Schaltgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (20) ein permanentmagnetisches System aufweist, um den Bewegkontakt (14, 15) nach einem Auslösen des Schnellauslösers (2) mit einer Magnetkraft entgegen einer Federkraft der Abdruckfeder (5) weiter an dem zweiten Anschlag (19) zu halten, wobei ein Betrag der Magnetkraft größer ist als ein Betrag der Federkraft.
7. Schaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Bewegkontakt (14, 15) an einem Bewegkontaktträger (16) aus einem magnetisch leitenden Material angeordnet ist.
8. Schaltgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegkontaktträger
(16) aus einem plattierten Material mit einer ersten Schicht (22) aus einem Kupferwerkstoff und einer zweiten Schicht (23) aus einem Eisenwerkstoff besteht.
9. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rücksetzen des Bewegkontakts (14, 15) nach einem Auslösen des Schnellauslösers (2) durch einen Ausschaltvorgang des Antriebs (1) zum betriebsmäßigen Bewegen der Schaltbrücke (17) erfolgt.
10. Schaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Öffhungsstellung der Schaltbrücke (17) der zweite Anschlag (19) außerhalb eines Bewegungsbereichs des Bewegkontakts (14, 15) liegt.
11. Schaltgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gegenanschlag (6) den Bewegungsbereich des Bewegkontakts (14, 15) bei einem Ausschaltvorgang des
Antriebs (1) begrenzt, wobei der Bewegkontakt den Gegenanschlag nur nach einem vorhergehenden Trennen des Strompfads (10) durch den Schnellauslöser (2) erreicht.
12. Schaltgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kern (9) mit dem Anker (4) des Schnellauslösers (2) den Gegenanschlag (6) bildet.
13. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine resultierende Kraft aus einer Kraft der Kontaktdruckfeder (5) und einer Kraft des Antriebs (1) zum betriebsmäßigen Bewegen der Schaltbrücke (17) ausreicht, um den Bewegkontakt (14, 15) von der Haltevorrichtung (20) zu lösen.
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